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在Visual Studio中使用C++創(chuàng)建和使用DLL | 果凍想

 Tornador 2014-11-29

果凍想 | 一個原創(chuàng)文章分享網(wǎng)站

什么是DLL（動態(tài)鏈接庫）？

DLL是一個包含可由多個程序同時使用的代碼和數(shù)據(jù)的庫。例如：在Windows操作系統(tǒng)中，Comdlg32 DLL執(zhí)行與對話框有關(guān)的常見函數(shù)。因此，每個程序都可以使用該DLL中包含的功能來實現(xiàn)“打開”對話框。這有助于促進代碼重用和內(nèi)存的有效使用。這篇文章的目的就是讓你一次性就能了解和掌握DLL。

為什么要使用DLL（動態(tài)鏈接庫）？

代碼復(fù)用是提高軟件開發(fā)效率的重要途徑。一般而言，只要某部分代碼具有通用性，就可以將它構(gòu)造成相對獨立的功能模塊并在之后的項目中重復(fù)使用。比較常見的例子是各種應(yīng)用程序框架，它們都以源代碼的形式發(fā)布。由于這種復(fù)用是源代碼級別的，源代碼完全暴露給了程序員，因而稱之為“白盒復(fù)用”。白盒復(fù)用有以下三個缺點：

  1. 暴露源代碼，多份拷貝，造成存儲浪費；
  2. 容易與程序員的本地代碼發(fā)生命名沖突；
  3. 更新模塊功能比較困難，不利于問題的模塊化實現(xiàn)；

為了彌補這些不足，就提出了“二進制級別”的代碼復(fù)用了。使用二進制級別的代碼復(fù)用一定程度上隱藏了源代碼，對于“黑盒復(fù)用”的途徑不只DLL一種，靜態(tài)鏈接庫，甚至更高級的COM組件都是。

使用DLL主要有以下優(yōu)點：

  1. 使用較少的資源；當(dāng)多個程序使用同一函數(shù)庫時，DLL可以減少在磁盤和物理內(nèi)存中加載的代碼的重復(fù)量。這不僅可以大大影響在前臺運行的程序，而且可以大大影響其它在Windows操作系統(tǒng)上運行的程序；
  2. 推廣模塊式體系結(jié)構(gòu)；
  3. 簡化部署與安裝。

創(chuàng)建DLL

打開Visual Studio 2012，創(chuàng)建如下圖的工程：

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輸入工程名字，單擊[OK]；

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單擊[Finish]，工程創(chuàng)建完畢了。

現(xiàn)在，我們就可以在工程中加入我們的代碼了。加入MyCode.h和MyCode.cpp兩個文件；在MyCode.h中輸入以下代碼：

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#ifndef _MYCODE_H_
#define _MYCODE_H_
#ifdef DLLDEMO1_EXPORTS
#define EXPORTS_DEMO _declspec( dllexport )
#else
#define EXPORTS_DEMO _declspec(dllimport)
#endif
extern "C" EXPORTS_DEMO int Add (int a , int b);
#endif

在MyCode.cpp中輸入以下代碼：

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#include "stdafx.h"
#include "MyCode.h"
int Add ( int a , int b )
{
       return ( a + b );
}

編譯工程，就會生成DLLDemo1.dll文件。在代碼中，很多細(xì)節(jié)的地方，我稍后進行詳細(xì)的講解（工程下載）。

使用DLL

當(dāng)我們的程序需要使用DLL時，就需要去加載DLL，在程序中加載DLL有兩種方法，分別為加載時動態(tài)鏈接和運行時動態(tài)鏈接。

  1. 在加載時動態(tài)鏈接中，應(yīng)用程序像調(diào)用本地函數(shù)一樣對導(dǎo)出的DLL函數(shù)進行顯示調(diào)用。要使用加載時動態(tài)鏈接，需要在編譯和鏈接應(yīng)用程序時提供頭文件和導(dǎo)入庫文件(.lib)。當(dāng)這樣做的時候，鏈接器將向系統(tǒng)提供加載DLL所需的信息，并在加載時解析導(dǎo)出的DLL函數(shù)的位置；
  2. 在運行時動態(tài)鏈接中，應(yīng)用程序調(diào)用LoadLibrary函數(shù)或LoadLibraryEx函數(shù)以在運行時加載DLL。成功加載DLL后，可以使用GetProcAddress函數(shù)獲得要調(diào)用的導(dǎo)出的DLL函數(shù)的地址。在使用運行時動態(tài)鏈接時，不需要使用導(dǎo)入庫文件。

在實際編程時有兩種使用DLL的方法，那么到底應(yīng)該使用那一種呢？在實際開發(fā)時，是基于以下幾點進行考慮的：

  1. 啟動性能如果應(yīng)用程序的初始啟動性能很重要，則應(yīng)使用運行時動態(tài)鏈接；
  2. 易用性在加載時動態(tài)鏈接中，導(dǎo)出的DLL函數(shù)類似于本地函數(shù)，我們可以方便地進行這些函數(shù)的調(diào)用；
  3. 應(yīng)用程序邏輯在運行時動態(tài)鏈接中，應(yīng)用程序可以分支，以便按照需要加載不同的模塊。

下面，我將分別使用兩種方法調(diào)用DLL動態(tài)鏈接庫。

加載時動態(tài)鏈接：

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#include <windows.h>
#include <iostream>
//#include "..\\DLLDemo1\\MyCode.h"
using namespace std;
#pragma comment(lib, "..\\debug\\DLLDemo1.lib")
extern "C" _declspec(dllimport) int Add(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
      cout<<Add(2, 3)<<endl;
      return 0;
}

運行時動態(tài)鏈接：

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#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int (*AddFunc)(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
      HMODULE hDll = LoadLibrary("DLLDemo1.dll");
      if (hDll != NULL)
      {
            AddFunc add = (AddFunc)GetProcAddress(hDll, "Add");
            if (add != NULL)
            {
                  cout<<add(2, 3)<<endl;
            }
            FreeLibrary(hDll);
      }
}

上述代碼都在DLLDemo1工程中。（工程下載）。

DllMain函數(shù)

Windows在加載DLL時，需要一個入口函數(shù)，就像控制臺程序需要main函數(shù)一樣。有的時候，DLL并沒有提供DllMain函數(shù)，應(yīng)用程序也能成功引用DLL，這是因為Windows在找不到DllMain的時候，系統(tǒng)會從其它運行庫中引入一個不做任何操作的默認(rèn)DllMain函數(shù)版本，并不意味著DLL可以拋棄DllMain函數(shù)。

根據(jù)編寫規(guī)范，Windows必須查找并執(zhí)行DLL里的DllMain函數(shù)作為加載DLL的依據(jù)，它使得DLL得以保留在內(nèi)存里。這個函數(shù)并不屬于導(dǎo)出函數(shù)，而是DLL的內(nèi)部函數(shù)，這就說明不能在客戶端直接調(diào)用DllMain函數(shù)，DllMain函數(shù)是自動被調(diào)用的。

DllMain函數(shù)在DLL被加載和卸載時被調(diào)用，在單個線程啟動和終止時，DllMain函數(shù)也被調(diào)用。參數(shù)ul_reason_for_call指明了調(diào)用DllMain的原因，有以下四種情況：

DLL_PROCESS_ATTACH:當(dāng)一個DLL被首次載入進程地址空間時，系統(tǒng)會調(diào)用該DLL的DllMain函數(shù)，傳遞的ul_reason_for_call參數(shù)值為DLL_PROCESS_ATTACH。這種情況只有首次映射DLL時才發(fā)生；

DLL_THREAD_ATTACH:該通知告訴所有的DLL執(zhí)行線程的初始化。當(dāng)進程創(chuàng)建一個新的線程時，系統(tǒng)會查看進程地址空間中所有的DLL文件映射，之后用DLL_THREAD_ATTACH來調(diào)用DLL中的DllMain函數(shù)。要注意的是，系統(tǒng)不會為進程的主線程使用值DLL_THREAD_ATTACH來調(diào)用DLL中的DllMain函數(shù)；

DLL_PROCESS_DETACH:當(dāng)DLL從進程的地址空間解除映射時，參數(shù)ul_reason_for_call參數(shù)值為DLL_PROCESS_DETACH。當(dāng)DLL處理DLL_PROCESS_DETACH時，DLL應(yīng)該處理與進程相關(guān)的清理操作。如果進程的終結(jié)是因為系統(tǒng)中有某個線程調(diào)用了TerminateProcess來終結(jié)的，那么系統(tǒng)就不會用DLL_PROCESS_DETACH來調(diào)用DLL中的DllMain函數(shù)來執(zhí)行進程的清理工作。這樣就會造成數(shù)據(jù)丟失；

DLL_THREAD_DETACH:該通知告訴所有的DLL執(zhí)行線程的清理工作。注意的是如果線程的終結(jié)是使用TerminateThread來完成的，那么系統(tǒng)將不會使用值DLL_THREAD_DETACH來執(zhí)行線程的清理工作，這也就是說可能會造成數(shù)據(jù)丟失，所以不要使用TerminateThread來終結(jié)線程。以上所有講解在工程DLLMainDemo（工程下載）都有體現(xiàn)。

函數(shù)導(dǎo)出方式

在DLL的創(chuàng)建過程中，我使用的是_declspec( dllexport )方式導(dǎo)出函數(shù)的，其實還有另一種導(dǎo)出函數(shù)的方式，那就是使用導(dǎo)出文件(.def)。你可以在DLL工程中，添加一個Module-Definition File(.def)文件。.def文件為鏈接器提供了有關(guān)被鏈接器程序的導(dǎo)出、屬性及其它方面的信息。

對于上面的例子，.def可以是這樣的：

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LIBRARY     "DLLDemo2"
EXPORTS
Add @ 1 ;Export the Add function

Module-Definition File(.def)文件的格式如下：

  1. LIBRARY語句說明.def文件對應(yīng)的DLL；
  2. EXPORTS語句后列出要導(dǎo)出函數(shù)的名稱?？梢栽?def文件中的導(dǎo)出函數(shù)名后加@n，表示要導(dǎo)出函數(shù)的序號為n（在進行函數(shù)調(diào)用時，這個序號有一定的作用）。

使用def文件，生成了DLL，客戶端調(diào)用代碼如下：

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#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int (*AddFunc)(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
      HMODULE hDll = LoadLibrary("DLLDemo2.dll");
      if (hDll != NULL)
      {
            AddFunc add = (AddFunc)GetProcAddress(hDll, MAKEINTRESOURCE(1));
            if (add != NULL)
            {
                  cout<<add(2, 3)<<endl;
            }
            FreeLibrary(hDll);
      }
}

可以看到，在調(diào)用GetProcAddress函數(shù)時，傳入的第二個參數(shù)是MAKEINTRESOURCE(1)，這里面的1就是def文件中對應(yīng)函數(shù)的序號。（工程下載）

extern “C”

為什么要使用extern “C”呢？C++之父在設(shè)計C++時，考慮到當(dāng)時已經(jīng)存在了大量的C代碼，為了支持原來的C代碼和已經(jīng)寫好的C庫，需要在C++中盡可能的支持C，而extern “C”就是其中的一個策略。在聲明函數(shù)時，注意到我也使用了extern “C”，這里要詳細(xì)的說說extern “C”。

extern “C”包含兩層含義，首先是它修飾的目標(biāo)是”extern”的；其次，被它修飾的目標(biāo)才是”C”的。先來說說extern；在C/C++中，extern用來表明函數(shù)和變量作用范圍（可見性）的關(guān)鍵字，這個關(guān)鍵字告訴編譯器，它申明的函數(shù)和變量可以在本模塊或其它模塊中使用。extern的作用總結(jié)起來就是以下幾點：

  1. 在一個文件內(nèi)，如果外部變量不在文件的開頭定義，其有效范圍只限定在從定義開始到文件的結(jié)束處。如果在定義前需要引用該變量，則要在引用之前用關(guān)鍵字”extern”對該變量做”外部變量聲明”，表示該變量是一個已經(jīng)定義的外部變量。有了這個聲明，就可以從聲明處起合理地使用該變量了，例如：
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    /*
    ** FileName     : Extern Demo
    ** Author       : Jelly Young
    ** Date         : 2013/11/18
    ** Description  : More information, please go to http://www.
    */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    int main(int argc, char *argv[])
    {
          extern int a;
          cout<<a<<endl;
    }
    int a = 100;
  2. 在多文件的程序中，如果多個文件都要使用同一個外部變量，不能在各個文件中各定義一個外部變量，否則會出現(xiàn)“重復(fù)定義”的錯誤。正確的做法是在任意一個文件中定義外部變量，其它文件用extern對變量做“外部變量聲明”。在編譯和鏈接時，系統(tǒng)會知道該變量是一個已經(jīng)在別處定義的外部變量，并把另一文件中外部變量的作用域擴展到本文件，這樣在本文件就可以合法地使用該外部變量了。寫過MFC程序的人都知道，在在CXXXApp類的頭文件中，就使用extern聲明了一個該類的變量，而該變量的實際定義是在CXXXApp類的實現(xiàn)文件中完成的；
  3. 外部函數(shù)，在定義函數(shù)時，如果在最左端加關(guān)鍵字extern，表示此函數(shù)是外部函數(shù)。C語言規(guī)定，如果在定義時省略extern，則隱含為外部函數(shù)。而內(nèi)部函數(shù)必須在前面加static關(guān)鍵字。在需要調(diào)用此函數(shù)的文件中，用extern對函數(shù)作聲明，表明該函數(shù)是在其它文件中定義的外部函數(shù)。

接著說”C”的含義。我們都知道C++通過函數(shù)參數(shù)的不同類型支持重載機制，編譯器根據(jù)參數(shù)為每個重載函數(shù)產(chǎn)生不同的內(nèi)部標(biāo)識符；但是，如果遇到了C++程序要調(diào)用已經(jīng)被編譯后的C函數(shù)，那該怎么辦呢？比如上面的int Add ( int a , int b )函數(shù)。該函數(shù)被C編譯器后在庫中的名字為_Add，而C++編譯器則會生成像_Add_int_int之類的名字用來支持函數(shù)重載和類型安全。由于編譯后的名字不同，C++程序不能直接調(diào)用C函數(shù)，所以C++提供了一個C連接交換指定符號extern “C”來解決這個問題；所以，在上面的DLL中，Add函數(shù)的聲明格式為：extern “C” EXPORTS_DEMO int Add (int a , int b)。這樣就告訴了C++編譯器，函數(shù)Add是個C連接的函數(shù)，應(yīng)該到庫中找名字_Add，而不是找_Add_int_int。當(dāng)我們將上面DLL中的”C”去掉，編譯生成新的DLL，使用Dependency Walker工具查看該DLL，如圖：

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請注意導(dǎo)出方式為C++，而且導(dǎo)出的Add函數(shù)的名字添加了很多的東西，當(dāng)使用這種方式導(dǎo)出時，客戶端調(diào)用時，代碼就是下面這樣：

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#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int (*AddFunc)(int a, int b);
int main(int argc, char *argv[])
{
     HMODULE hDll = LoadLibrary("DLLDemo1.dll");
     if (hDll != NULL)
     {
          AddFunc add = (AddFunc)GetProcAddress(hDll, "?Add@@YAHHH@Z");
          if (add != NULL)
          {
               cout<<add(2, 3)<<endl;
          }
          FreeLibrary(hDll);
     }
}

請注意GetProcAddress函數(shù)的第二個參數(shù)，該參數(shù)名就是導(dǎo)出的函數(shù)名，在編碼時，寫這樣一個名字是不是很奇怪啊。當(dāng)我們使用extern “C”方式導(dǎo)出時，截圖如下：

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注意導(dǎo)出方式為C，而且函數(shù)名現(xiàn)在就是普通的Add了。我們再使用GetProcAddress時，就可以直接指定Add了，而不用再加那一長串奇怪的名字了。

DLL導(dǎo)出變量

DLL定義的全局變量可以被調(diào)用進程訪問；DLL也可以訪問調(diào)用進程的全局?jǐn)?shù)據(jù)。（工程下載）

DLL導(dǎo)出類

DLL中定義的類，也可以被導(dǎo)出。詳細(xì)工程代碼，請參見（工程下載）

總結(jié)

對DLL的講解就到此結(jié)束，由于MFC在現(xiàn)在的環(huán)境下使用較少，此處不予講解，如果以后做項目遇到了MFC的DLL相關(guān)知識，我再做總結(jié)。最后，希望大家給我的博客提出一些中肯的建議。

2013年11月30日 于大連，東軟。

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